На Южном федеральном университете ученые создали новые наноразмерные катализаторы, которые могут получать «зеленый водород» путем расщепления воды в присутствии солнечного света. Подобные возможности были доступны благодаря уникальным сферическим наночастицам, которые улавливают падающий солнечный свет и снижают скорость рекомбинации фотогенерированных носителей заряда.
В течение нескольких десятилетий человечество использовало стандартные энергоресурсы, такие как уголь и газ. Помимо этого, планета страдает от масштабного загрязнения, происходит большое выделение диоксида углерода, отравление окружающей среды и карбонизация. Новые источники возобновляемой альтернативной энергии имеют большую актуальность в научной среде.
Основная составляющая политики перехода в углеродно-нейтральное состояние энергетики России — водородная энергетика. Они заключаются в том, что при окислении водорода для производства электроэнергии образуется экологически чистая и безопасная вода. В ней опять можно добывать водород, и так без остановки. В процессе создания электрокапилляров для низкотемпературных топливных элементов, которые могут использоваться в создании «чистых» машин будущего без выхлопных газов.
Неоспоримый вклад ученых Южного федерального университета в развитие альтернативной энергетики.Ученые Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ предложили нанокатализаторы для фотоэлектрической генерации водорода с использованием водостойких металлорганических каркасных структур (международный термин — MOF). Это международный бренд, который обозначается как «MoF». Фотоэлектрические катализаторы на основе новых материалов крайне востребованы, но остаются очень сложными задачами.
В дальнейшем ученые синтезировали идеальную сферичную наночастицу титан-содержащих MOF. Потом был осуществлен оптимизация поверхности наночастиц и разработана технология создания структуры частицы «ядро-оболочка». Непосредственное расщепление сферы Ti-MOF приводит к образованию полой структуры типа «ядро-оболочка», благодаря различию структур внутренних и внешних слоев (см. рис).
Особая структура поверхности и оболочки сферических наночастиц позволяет эффективно улавливать падающий солнечный свет и снижая скорость рекомбинации фотогенерированных носителей заряда. Эти нанокатализаторы очень перспективны для получения «зеленого водорода» при помощи расщепления воды в присутствии солнечного света, — сказал автор научной статьи из Индии Аслам Хоссейн. Он также отметил важность этого изобретения и назвал его чрезвычайно перспективным ученым.
Огромный спектр разработанных группой нанопористых металлических структур открывает широкие возможности создания новых классов катализаторов, используя предложенный способ оптимизации их практических характеристик.
Исследования, посвященные разработке нанопористых фотоэлектро-катализаторов со структурой «ядро-оболочка», были высоко оценены научным сообществом и опубликованы в научное издание «Small» с импакт-фактором 15.153.
Исследователь из Индии Аслам Хоссейн (Aslam Hoschane), работающий на позиции постдока в Южном федеральном университете, отмечает что условия ЮФУ позволяют уже в ближайшем будущем разработать новую методику ускоренной оптимизации параметров синтезируемых нанопористых фотокатализаторов под конкретные практические применения, востребованные в «зеленой» энергетике будущего.
Работы были проведены в рамках реализации стратегического проекта ЮФУ «Технологии полного цикла для экспресс-разработки функциональных материалов низкоуглеродной экономики под управлением искусственного интеллекта» (нацпроект «Наука и университеты»).
